铝合金建筑型材有机涂层附着力试验探讨?

　　铝合金建筑型材有机涂层在高低温交变状态下的附着力试验探讨
　　1 前言
　　铝合金建筑型材有机涂层是指有机高分子材料通过一定的工艺方法产生交联聚合作用，在铝合金建筑型材表面上形成有一定厚度的涂层。铝合金建筑型材有机涂层主要包括电泳涂漆复合膜、粉末涂层和氟碳漆膜等。近几年来，建筑用电泳涂漆型材、粉末喷涂型材和氟碳漆喷涂型材发展迅猛，在建筑行业得到了广泛的应用。这些型材之所以有如此好的发展势头，究其原因是由于有机涂层赋予了铝合金建筑型材诸多的优异的性能。
　　建筑型材上的有机涂层其主要功能是装饰性和防护性，有机高分子材料的特性决定了有机高聚物涂层有许多优异的性能：色彩的多样性，有机高聚物涂料可以通过添加各种颜料使其涂层产生五彩缤纷的颜色来美化装饰建筑型材，使人们得到美和舒适的享受；涂层光滑、平整，抗污染性强；有机高聚物由于其分子量大，涂层的耐化学稳定性、耐腐蚀性和耐候性优越。因此附着有机涂层的铝合金建筑型材色彩美观、艳丽，使用寿命长。然而，这些优异的性能都是基于涂层的附着力良好的基础上，如果涂层的附着力差，则一切优点都不复存在。可以说，涂层附着力是涂覆有机涂层的铝合金建筑型材非常重要的性能指标，因此在GB 5237.3~5237.5中都对涂层的附着力作了规定，并作为强制性条款，要求产品必须达到标准的要求。
　　在GB 5237.3~5237.5中对涂层附着力的评价有三种方法，即干式附着力、湿式附着力和沸水附着力，这些试验方法都来自于欧美国家的标准，对产品质量的控制起到了很大的作用。但是，外界环境除了有炎热的夏天，也有寒冷的冬天，在冷热交替的环境条件下对涂层的附着力是否有影响呢？目前笔者还未见到有关的论述，国家标准对此也未作要求。为了了解产品的这一性能，我们对铝合金建筑型材有机涂层在高低温交变状态下的附着力进行了试验研究。
    
　　2 实验部分
　　2.1 试验准备
　　2.1.1试样包括电泳涂漆型材、粉末喷涂型材、氟碳漆喷涂型材和丙烯酸漆喷涂型材样品，这些试样都是按正常的生产工艺随同产品同时制备样品两个，其中一个参照GB 5237.5的规定测试其干式附着力和沸水附着力，另一个用于做高低温交变状态的附着力。
　　2.1.2 划格装置的选用。本试验统一采用日本生产的专用划格器和符合GB/T 9286规定的锋利的单刃切割刀具。
　　2.1.3 粘胶带的选用。本试验采用美国3M公司生产Scotch 600粘胶带作为试验用粘胶带。
　　2.1.4 制冷设备的选用。本试验采用高低温试验箱进行低温控制，该设备采用液氮制冷，温度波动度为±2℃。
　　2.1.5 加热设备的选用。本试验直接采用电炉进行加热控制。
　　2.2 试验操作
　　2.2.1 划网格的操作方法
　　将试样置于桌面上，握住锋利的切割刀具，使刀垂直于试样受检表面对切割刀具均匀施力，通过专用的划格器来保证要求的划格间距（注：对于同一个粉末喷涂样品同时划有间距为1mm和2mm的网格，其他试样的划格间距都为1mm），用均匀的切割速率在涂层上形成一组平行的切割线，所有切割线都划透至金属基体。
　　重复上述的操作，在与原来一组切割平行线成90°角的方向再划一组相交的平行线，以形成网格图形，其图形如图1所示。并用软毛刷在网格图形上轻轻地清扫几次。
    
　　图1 网格示意图
　　2.2.2 高低温交变试验的操作方法
　　为了一次性能多做几个试样，本试验采用压力锅（不加盖）做高温试验阶段的盛水容器。首先在压力锅中加入一定量的蒸馏水，再放到电炉上进行加热，在常压下使水煮沸腾，接着将已划格的试样置于压力锅中，并保证试样在距离水面约10mm以下的位置，然后继续加热30min。到达要求时间之后，将试样取出，立即放入到已稳定在-20℃的高低温试验箱中，并关好箱门。在放入试样的过程中，试验箱内的温度会快速上升，等到将试样全部放入并关好箱门后，试验箱内的温度又开始下将，当试验箱内的温度稳定在-20℃时开始记时，并继续保持30min。
　　到达试验时间后，立即将试样从试验箱中取出，此时样品表面有结冰现象，无法立即检查试样的附着力。因此，我们将试样置于实验室环境中让冰自然溶解，在放置1h以后再进行附着力检查。
　　2.2.3 附着力的检查
　　试样经过一次高低温交变试验循环（常压沸水煮30min之后，接着置于-20℃的环境中保持30min）之后，将试样置于实验室内存放1h，然后将试样上的水珠擦干净，特别是要注意务必擦干净划格区域的水珠，以保证其后步骤中的粘胶带能够紧密地贴于试样表面。
　　将试验用粘胶带的中心点放在网格上方，方向与其中一组切割线平行，然后用手指将粘胶带压平于网格区上方。为了确保粘胶带与涂层接触良好，还要用手指指尖用力蹭粘胶带，使粘胶带紧贴于涂层表面。
　　在贴上粘胶带5min以内，用一支手固定试样，另一支手拿住粘胶带的一端，并在尽可能接近60°的角度，在0.5s~1.0s内平稳地撕离粘胶带。然后在良好照明的环境中，用正常的视力仔细检查试样划格区域涂层的脱落情况，并对受检表面进行评级。本试验的评级标准按GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》相关规定进行，其中0级表示切割边缘完全平滑、无一格脱落现象；1级表示在切口交叉处有少许涂层脱落，但交叉切割面积受影响不能明显大于5%；2级表示在切口交叉处和/或沿切口边缘有涂层脱落，受影响的交叉切割面积明显大于5%，但不能明显大于15%；3级表示涂层沿切割边缘部分或全部以大碎片脱落，和/或在格子不同部位上部分或全部剥落，受影响的交叉切割面积明显大于15%，但不能明显大于35%。如图2为附着力为0级的样品图　

　　3为附着力为2级的丙烯酸漆喷涂样品示图。
　　2.2.4 循环试验
　　在经过第一个高低温交变试验循环之后，我们还按以上的操作步骤对同批试样进行了第二个试验循环和第三个试验循环，并对其附着力进行了评级。
　　2.2.5 试验结果
　　在本次试验中，我们对该批试样试验前的干式附着力进行了检查，以及对第一、第二和第三个试验循环后的附着力进行了检查，其试验结果如下表1所示。

　　表1 高低温交变状态下涂层附着力试验结果
　　涂层种类 样品编号 干式附着力 沸水附着力 第一个循环后的附着力 第二个循环后的附着力 第三个循环后的附着力
　　氟碳漆喷涂 1 0级 0级 0级 0级 0级
　　氟碳漆喷涂 2 0级 0级 0级 0级 0级
　　氟碳漆喷涂 3 0级 0级 0级 0级 1级
　　氟碳漆喷涂 4 0级 0级 0级 0级 0级
　　氟碳漆喷涂 5 0级 0级 0级 1级 1级
　　氟碳漆喷涂 6 0级 0级 0级 0级 0级
　　氟碳漆喷涂 7 0级 0级 0级 0级 0级
　　丙烯漆喷涂 8 0级 0级 1级 2级 2级
　　丙烯漆喷涂 9 0级 0级 1级 2级 2级
　　丙烯漆喷涂 10 0级 0级 1级 2级 2级
　　粉末喷涂 11 0级 0级 0级 0级 0级
　　粉末喷涂 12 0级 0级 0级 0级 0级
　　粉末喷涂 13 0级 0级 0级 0级 0级
　　粉末喷涂 14 0级 0级 0级 0级 0级
　　粉末喷涂 15 0级 0级 0级 0级 0级
　　粉末喷涂 16 0级 0级 0级 0级 0级
　　粉末喷涂 17 0级 0级 0级 0级 0级
　　粉末喷涂 18 0级 0级 0级 0级 0级
　　粉末喷涂 19 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 20 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 21 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 22 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 23 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 24 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 25 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 26 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 27 0级 0级 0级 0级 0级
　　
　　续表1 高低温交变状态下涂层附着力试验结果
　　涂层种类 样品编号 干式附着力 沸水附着力 第一个循环后的附着力 第二个循环后的附着力 第三个循环后的附着力
　　电泳涂漆 28 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 29 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 30 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 31 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 32 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 33 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 34 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 35 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 36 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 37 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 38 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 39 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 40 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 41 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 42 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 43 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 44 0级 0级 0级 0级 0级
　　电泳涂漆 45 0级 0级 0级 0级 0级
　　注：本表中粉末喷涂样品的附着力是划格间距为1mm的测试结果，划格间距为2mm的附着力在本表中并未列出，其试验结果也为0级。
    
　　2.3 试验结果分析
　　(1) 本次试验共测试了45个样品，其中氟碳漆喷涂样品7个，丙烯酸漆喷涂样品3个，粉末喷涂样品9个，电泳涂漆样品24个，从以上试验结果可以看出，所有试样的干式附着力和沸水附着力都为0级。
　　(2) 经过第一个高低温交变试验循环之后，3个丙烯酸漆喷涂样品其涂层附着力都为1级，而其他的试样涂层附着力都为0级。
　　(3) 经过第二个高低温交变试验循环之后，3个丙烯酸漆喷涂样品其涂层附着力都为2级，一个氟碳漆喷涂样品其附着力为1级，而其他的试样涂层附着力都为0级，涂层附着力为1级的氟碳漆喷涂样品占所有氟碳漆喷涂试样的14.3%。
　　(4) 经过第三个高低温交变试验循环之后，有一个丙烯酸漆喷涂样品其涂层附着力为2级，两个氟碳漆喷涂样品其附着力为1级，而其他的试样涂层附着力都为0级，涂层附着力为1级的氟碳漆喷涂样品占所有氟碳漆喷涂试样的28.6%。
    
　　3 结论
　　本次试验仅为初步的尝试，目的是要了解高低温交变环境对铝合金建筑型材有机涂层附着力的影响。通过以上试验结果，我们得出以下几个结论：（1）高低温交变状态下的涂层附着力试验是一个比较严酷的试验，即使能通过铝合金建筑型材国家标准干式附着力和沸水附着力检验的合格产品，按本试验方法测试其涂层附着力也不一定能达到0级。（2）经高低温交变状态下的附着力试验后，氟碳漆喷涂样品和丙烯酸漆喷涂样品相对较容易出现脱膜现象，而粉末喷涂样品和电泳涂漆样品情况相对较好些。
    
　　参考文献
　　[1] 朱祖芳．铝合金表面处理[M]．北京：化学工业出版社，2004．239
　　[2] GB 5237.3-2004[S]，铝合金建筑型材 第3部分 电泳涂漆型材
　　[3] GB 5237.4-2004[S]，铝合金建筑型材 第4部分 粉末喷涂型材
　　[4] GB 5237.5-2004[S]，铝合金建筑型材 第5部分 氟碳漆喷涂型材
　　[5] GB/T 9286-1998[S]，色漆和清漆 漆膜的划格试验